JPH06296350A - 三相誘導電動機の巻線切替方式 - Google Patents

三相誘導電動機の巻線切替方式

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JPH06296350A
JPH06296350A JP7967393A JP7967393A JPH06296350A JP H06296350 A JPH06296350 A JP H06296350A JP 7967393 A JP7967393 A JP 7967393A JP 7967393 A JP7967393 A JP 7967393A JP H06296350 A JPH06296350 A JP H06296350A
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JP
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winding
phase
windings
speed
induction motor
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JP7967393A
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Atsuo Nakamura
厚生 中村
Yoshiyuki Hayashi
美行 林
Hisashi Maeda
尚志 前田
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 三相誘導電動機の巻線切替方式に関し、広範
囲の出力特性を有し、巻線に生じる誘導電圧による絶縁
破壊のない巻線切替方式の提供を目的とする。 【構成】 各相の巻線が全巻線数を整数比で分割した分
割点を有する三相誘導電動機を、低速から高速まで広範
囲に定出力特性をもたせるよう巻線を切り替える三相誘
導電動機の巻線切替方式において、低速領域では各相の
全巻線を低速巻線(1L,2L,3L)としてY結線と
し、高速領域では高速巻線(1H,2H,3H)をΔ結
線とするよう、Y−Δ結線方式にて巻線を切り替え、各
相の巻線の一端(u1,v1,w1)から三相電力を供
給するよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は三相誘導電動機の巻線切
替方式に関し、特に低速から高速まで広範囲に定出力が
要求される機械の駆動に使用する三相誘導電動機の巻線
切替方式に関する。
【0002】
【従来の技術】三相誘導電動機に対し低速から高速まで
広範囲に定出力を要求する機械の例としてエレベータま
たは工作機械の主軸等がある。工作機械の主軸の駆動に
は、加工に必要な速度および出力トルクに応じて、機械
的なクラッチ切替、三相誘導電動機の極数変換、あるい
は直流電動機のサイリスタレオナード制御等が適用され
てきた。近年、ATC(自動工具交換機能)やワークの
自動角度割り出し等の高度な機能を備えたNC旋盤やマ
シニングセンタを中心にベクトル制御インバータと誘導
電動機を組み合わせたベクトル制御誘導電動機が工作機
械の主軸の駆動にも適用されるようになってきた。
【0003】工作機械の主軸の駆動は、多様な加工材料
や加工物の大きさに応じて最適な切削速度を得るため広
範囲の速度制御が要求されている。すなわち、工作機械
の主軸は大径加工や重切削は低速で、小径加工や軽切削
は高速で加工するという広範囲の定出力制御が要求され
る。それゆえ、ベクトル制御誘導電動機の定出力範囲を
拡大するため、誘導電動機の巻線を所定速度で切り替え
る方式が使用されている。
【0004】図4は巻線切替方式による三相誘導電動機
の出力特性を示す図である。以下、本図を参照して基底
速度について説明する。低速用と高速用に三相誘導電動
機の巻線を1500RPMで切り替えて運転したときの
出力の変化を示す。低速巻線による三相誘導電動機の出
力特性を点線で示す。低速巻線の基底速度は500RP
Mで定出力領域は500〜1500RPM(定出力範囲
は1:3)である。高速巻線による三相誘導電動機の出
力特性を実線で示す。高速巻線の基底速度は1500R
PMで定出力領域は1500〜6000RPM(定出力
範囲は1:4)である。すなわち、1500RPMで切
替運転すれば、基底速度が500RPMで定出力領域が
500〜6000RPMという広範囲な定出力特性(定
出力範囲は1:12)が得られる。なお、速度0から基
底速度までの出力は図示するように基底速度で定出力と
なるまでリニアに増加する。
【0005】図5は従来技術による三相誘導電動機の巻
線切替方式を示し、図5の(A)はY−Δ結線方式を示
し、図5の(B)はY−Y結線方式を示す図である。従
来技術による三相誘導電動機の巻線を低速用と高速用に
切り替える巻線切替方式にはY−Δ結線方式とY−Y結
線方式とがある。図5の(A)に示すように、Y−Δ結
線方式は、u−x,v−y,w−zの3つの巻線を低速
領域でY結線とし、高速領域でΔ結線として使用する方
式である。
【0006】図5の(B)に示すように、Y−Y結線方
式は、Nを中性点としてY結線し、u1−N,v1−
N,w1−Nの3つの巻線(それぞれの参照番号を順に
51L、52L、53Lとする。)を低速領域で、u2
−N,v2−N,w2−Nの3つの巻線(それぞれの参
照番号を順に51H、52H、53Hとする。)を高速
領域で使用する方式である。
【0007】このようなY−Δ結線方式とY−Y結線方
式の巻線切替方式は、その巻線切替の組合せにおいて、
Y−Δ結線方式ではYに対してΔが1/√3の巻線数の
比に選択でき、Y−Y結線方式では巻線数の比は任意の
組合せに選択できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述のY−
Y結線方式の巻線切替方式において、三相誘導電動機を
高速巻線で駆動したとき、高速巻線と低速巻線の巻線数
の比に応じた誘導電圧が低速巻線に発生し、この誘導電
圧により三相誘導電動機の巻線部で絶縁破壊が生じ三相
誘導電動機を破損するという問題がある。
【0009】本発明は上記問題点に鑑み、三相誘導電動
機の誘導電圧を低減するため高速巻線と低速巻線の巻線
数の比を小さくする三相誘導電動機の巻線切替方式を提
供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明による三相
誘導電動機のY−Δ巻線切替方式の説明図である。前記
目的を達成する本発明の三相誘導電動機の巻線切替方式
は、三相誘導電動機の各相における巻線の両端、例えば
R相に対しu1,u3、S相に対しv1,v3、T相に
対しw1,w3と、各相の巻線の全巻線数を実質的に整
数比で分割した各相の巻線の分割点u2,v2,w2に
口出し線を設けた三相誘導電動機を、各相の巻線を切り
替えて低速から高速まで広範囲に定出力特性をもたせる
三相誘導電動機の巻線切替方式において、下記の構成と
する。 (1)低速領域では各相の全巻線を低速巻線1L,2
L,3LとしてY結線とする。 (2)高速領域では(1)の低速巻線の一端から前記分
割点までの巻線部、u1−u1,v1−v2,w1−w
2を高速巻線、1H,2H,3HとしてΔ結線とする。 (3)三相誘導電動機を上記(1)、(2)となるよう
に、コンタクタまたはSCRにより低速領域から高速領
域、または高速領域から低速領域に移るとき、巻線を切
り替え、各相の巻線の一端u1,v1,w1から三相電
力を供給する。
【0011】
【作用】本発明の三相誘導電動機の巻線切替方式は、各
相の巻線の全巻線数を整数比で分割する分割点を設け、
低速領域においては各相の全巻線を低速巻線としてY結
線して三相電力を供給し、高速領域においては各相の巻
線の一方の端部から前記分割点までの巻線を高速巻線と
してΔ結線して電力を供給することによりY−Δ結線方
式により低速から高速まで広範囲に一定出力を得、かつ
高速領域において高速巻線と低速巻線の巻線数の比を小
さくすることにより、使用されない巻線部分に発生する
誘導電圧を低減し、巻線部の絶縁破壊をなくす。
【0012】
【実施例】図2は本発明による三相誘導電動機のY−Δ
巻線切替方式の電気接続図である。各相の電動機の巻線
は、u1,u2,u3,v1,v2,v3,w1,w
2,w3の9本の口出し線が電動機のフレームの外部、
例えば端子箱に出されている。以下に本発明による三相
誘導電動機の巻線切替方式を説明する。本発明のY−Δ
結線方式は、図2に示すように、u1−u3,v1−v
3,w1−w3の3つの巻線、すなわち1L,2L,3
Lを低速領域でY結線とし、u1−u2,v1−v2,
w1−w2の3つの巻線、すなわち1H,2H,3Hを
高速領域でΔ結線として巻線を切り替えて使用する方式
である。本図中、一点鎖線で囲まれる部分21は三相誘
導電動機を示す。三相電源がベクトル制御インバータ2
2に入力され、ベクトル制御インバータ22から一点鎖
線で囲まれるコンタクタ23とコンタクタ24を介して
三相誘導電動機21に三相電力が供給される。低速領域
ではコンタクタ23は開き、コンタクタ24は閉じ、低
速巻線、1L,2L,3Lに三相電力が供給され、高速
領域ではコンタクタ23は閉じ、コンタクタ24は開
き、高速巻線、1H,2H,3Hにのみ三相電力が供給
され、巻線u2−u3,v2−v3,w2−w3には三
相電力が供給されない。
【0013】図3は本発明により誘導電圧が低減される
理由を説明する図であり、図3−(A)は巻線比が5:
1のY−Y結線の説明図であり、図3−(B)は巻線比
が5:2のY−Y結線の説明図であり、図3−(C)は
巻線比が5:2のY−Δ結線の説明図であり、図3−
(D)は図3−(C)のY−Δ結線と等価なY−Y結線
の説明図である。
【0014】図3−(A)は巻線比が5:1のY−Y結
線の説明図である。各相の巻線は、全巻数5Tが4:1
に分割され、低速領域では低速巻線5T、高速領域では
高速巻線1TがそれぞれY結線され、低速巻線5Tまた
は高速巻線1Tに三相電圧が印加される。このY−Y結
線方式は、広範囲な出力特性が得られる利点がある。し
かしながら、高速領域において、高速巻線1Tに電力が
供給されると高速領域では使用されない巻線4Tに誘導
電圧が発生し、この誘導電圧は高速巻線1Tに印加され
る電圧の4倍となり、この高圧な誘導電圧により巻線の
絶縁破壊が発生する問題がある。
【0015】図3−(B)は巻線比が5:2のY−Y結
線の説明図である。同様に、各相の巻線は、全巻数5T
が3:2に分割され、低速領域では低速巻線5T、高速
領域では高速巻線2TがそれぞれY結線され、低速巻線
5Tまたは高速巻線2Tに三相電圧が印加される。高速
領域において、高速巻線1Tに電力が供給されると高速
領域では使用されない巻線3Tに誘導される電圧は高速
巻線2Tに印加される電圧の3/2倍となり、図3−
(A)と比較して小さいので、この誘導電圧による巻線
の絶縁破壊は発生しないが、広範囲な出力特性は得られ
ない。
【0016】図3−(C)は巻線比が5:2のY−Δ結
線の説明図である。各相の巻線は、全巻数5Tが3:2
に分割され、低速領域では低速巻線5TがY結線され、
高速領域では高速巻線2TがΔ結線され、低速巻線5T
または高速巻線2Tに三相電圧が印加される。高速領域
において、高速巻線2Tに電力が供給されると高速領域
では使用されない巻線3Tに電圧が誘導され、その誘導
される電圧は高速巻線2Tに印加される電圧の3/2倍
となり、図3−(A)と比較して小さいので、この誘導
電圧による巻線の絶縁破壊は発生しない。
【0017】図3−(D)は図3−(C)のY−Δ結線
と等価なY−Y結線の説明図である。図3−(C)に示
すΔ結線の高速巻線を等価なY結線にすると、図3−
(D)に示すように各相の高速巻線の巻数は2T/√3
(約1.16)Tとなる。この巻数は、図3−(A)の
高速巻線1Tと略等しい。このように全巻線の巻線比が
5:2のY−Δ結線とすることにより、巻線比が5:1
のY−Y結線と、略等しい出力特性を得ることができ、
かつ誘導電圧による巻線の絶縁破壊が発生しない巻線切
替方式が提供できることが判る。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の三相誘導
電動機のY−Δ巻線切替方式によれば、三相誘導電動機
の低速巻線と高速巻線の巻線比を大きくとることによ
り、広範囲な出力特性が得られ、かつ巻線に誘導される
電圧により巻線部に絶縁破壊の生じない巻線切替方式が
提供できる。また巻線切替えに必要なコンタクタの数は
2個でよく接続が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による三相誘導電動機のY−Δ巻線切替
方式の説明図である。
【図2】本発明による三相誘導電動機のY−Δ巻線切替
方式の電気接続図である。
【図3】本発明により誘導電圧が低減される理由を説明
する図であり、(A)は巻線比が5:1のY−Y結線の
説明図であり、(B)は巻線比が5:2のY−Y結線の
説明図であり、(C)は巻線比が5:2のY−Δ結線の
説明図であり、(D)は(C)のY−Δ結線と等価なY
−Y結線の説明図である。
【図4】巻線切替方式による三相誘導電動機の出力特性
を示す図である。
【図5】従来技術による三相誘導電動機の巻線切替方式
を示し、(A)はY−Δ結線方式を示し、(B)はY−
Y結線方式を示す図である。
【符号の説明】
1H、2H、3H、51H、52H、53H…高速巻線 1L、2L、3L、51L、52L、53L…低速巻線 21…三相誘導電動機 22…ベクトル制御インバータ 23、24…コンタクタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三相誘導電動機の各相における巻線の両
    端(u1,u3;v1,v3;w1,w3)と、前記各
    相の巻線の全巻線数を実質的に整数比で分割した各前記
    巻線の分割点(u2,v2,w2)に口出し線を設けた
    三相誘導電動機を、前記巻線を切り替えて低速から高速
    まで広範囲に定出力特性をもたせる三相誘導電動機の巻
    線切替方式において、 低速領域では前記各相の全巻線を低速巻線(1L,2
    L,3L)としてY結線とし、 高速領域では前記低速巻線の一端(u1,v1,w1)
    から前記分割点(u2,v2,w2)までの巻線部を高
    速巻線(1H,2H,3H)としてΔ結線とするよう、 前記三相誘導電動機の巻線を切り替え、前記各相の巻線
    の一端(u1,v1,w1)から三相電力を供給するこ
    とを特徴とする三相誘導電動機の巻線切替方式。
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